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編者按：摘要：本文簡述了分布式發(fā)電定義和發(fā)電方式，論述了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計原則，分析了影響分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計的因素。

關(guān)鍵詞：分布發(fā)電 設(shè)計原則 影響因素
1.分布式發(fā)電

分布式發(fā)電(Distributed Generation，簡稱DG)是由美國在1978年的公共事業(yè)管理政策法中提出，公布后便得以推廣應(yīng)用，并很快被其它國家接受。目前分布式發(fā)電站美國有6000多座;英國有1000多座;日本有近5000座，總?cè)萘砍^600MW。2006年歐盟國家的分布式供電系統(tǒng)達(dá)到1.5萬個左右。

美國計劃到2020年有50%以上的新建商用或辦公建筑使用分布式供電系統(tǒng)，并且在2020年將15%的現(xiàn)有建筑改由分布式電源供電。上海、北京、廣州等大城市，10多年前就嘗試分布式供電，已有成功范例。2005年，我國首個分布式電力技術(shù)集成工程中心落戶廣州，標(biāo)志著我國分布式供電技術(shù)進(jìn)入實質(zhì)性發(fā)展階段。冷熱電三聯(lián)供技術(shù)應(yīng)用最廣泛，發(fā)展前景較好，我國大部分地區(qū)的住宅、商業(yè)大樓、醫(yī)院、公用建筑、工廠等，都有供電、供暖及制冷需求，而且很多地方配有自備發(fā)電設(shè)備，這些都為冷熱電三聯(lián)供提供了市場。

分布式發(fā)電的定義是：區(qū)別于集中發(fā)電、遠(yuǎn)距離傳輸、大互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)發(fā)電形式，直接配置在配電網(wǎng)或者負(fù)荷附近的、發(fā)電功率在幾千瓦至數(shù)百兆瓦(也有的建議限制在30～50MW下)的小型模塊化，能夠經(jīng)濟(jì)、高效、分散式、可靠運(yùn)行的發(fā)電單元，所產(chǎn)生的電力除由用戶自用和就近利用外，多余電力送入當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)。

分布式發(fā)電多種多樣，因資源和用能需求而異，發(fā)電方式包括太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能(含生活垃圾)、地?zé)崮?、天然氣等。主要包括：以液體或氣體為燃料的內(nèi)燃機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，太陽能發(fā)電(光伏電池、光熱發(fā)電)，風(fēng)力發(fā)電，生物質(zhì)能發(fā)電等。與傳統(tǒng)的集中式發(fā)電方式相比，分布式發(fā)電具有投資較少、發(fā)電方式靈活、環(huán)保性能好等優(yōu)點。將分布式發(fā)電應(yīng)用于傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)，既可以滿足電力系統(tǒng)和用戶的特定要求，又可以提高系統(tǒng)的靈活性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性?，F(xiàn)在的分布式發(fā)電多采用新型發(fā)電技術(shù)。根據(jù)發(fā)電容量的規(guī)模大小，分布式發(fā)電可以分為以下4個層次：微型：5kW以下;小型：5kW～5MW;中型：5MW～50MW;大型：50MW～300MW。

集中與分布相結(jié)合的發(fā)電方式可以充分發(fā)揮兩種發(fā)電方式的優(yōu)勢，目前采用的主要形式是將投資省、發(fā)電方式靈活、與環(huán)境兼容的分布式發(fā)電與大電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行，從而提高整個電力系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性、可靠性和安全性。

對于分布式發(fā)電，國外起步較早，目前已經(jīng)進(jìn)行了一系列的研究和試驗。在國內(nèi)，對分布式發(fā)電的研究起步較晚，目前主要是對具體的發(fā)電方式的研究比較多，對于分布式發(fā)電與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)之間的相互影響以及相應(yīng)的對策研究比較少。

分布式發(fā)電通常接入中壓或低壓配電系統(tǒng)，傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)被設(shè)計成僅具有分配電能到末端用戶的功能，而未來的配電系統(tǒng)有望演變成一種功率交換媒體，即它能收集電力并把它們傳送到任何地方，同時分配它們。因此，將來它可能不是一個“配電系統(tǒng)”，而是一個“電力交換系統(tǒng)”。分布式發(fā)電具有分散、隨機(jī)變動等特點，大量的分布式電源的接入，將對配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生極大的影響。

2.分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計原則

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計包括兩個方面：容量設(shè)計和硬件設(shè)計。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計的主要目的就是要計算出分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在全年內(nèi)能夠可靠工作所需的太陽能電池組件和蓄電池的數(shù)量。同時要注意協(xié)調(diào)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)工作的最大可靠性和成本兩者之間的關(guān)系，在滿足的最大可靠性基礎(chǔ)上盡量地減少分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)硬件設(shè)計的主要目的是根據(jù)實際情況選擇合適的硬件設(shè)備：包括太陽能電池組件的選型，支架設(shè)計，逆變器的選擇，電纜的選擇，控制測量系統(tǒng)的設(shè)計，防雷設(shè)計和配電系統(tǒng)設(shè)計等。在進(jìn)行分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計的時候需要綜合考慮軟件和硬件兩個方面。針對不同類型的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，軟件設(shè)計的內(nèi)容也不一樣。獨(dú)立分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，并網(wǎng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和混合分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計方法和考慮重點都會有所不同。

在進(jìn)行分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計之前，需要了解并獲取一些進(jìn)行計算和設(shè)備選擇所必需的基本數(shù)據(jù)：如分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝的地理位置，包括地點、緯度、經(jīng)度和海拔;該地區(qū)的氣象資料，包括逐月的太陽能總輻射量、直接輻射量以及散射輻射量，年平均氣溫和最高、最低氣溫，最長連續(xù)陰雨天數(shù)，最大風(fēng)速以及冰雹、降雪等特殊氣象情況等。要求所設(shè)計的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)具有先進(jìn)性、完整性、可擴(kuò)展性、智能化程度，以保證系統(tǒng)安全、可靠和經(jīng)濟(jì)。

1)先進(jìn)性。隨著國家對于可再生能源的日益重視，開發(fā)利用可再生能源已經(jīng)是新能源戰(zhàn)略的發(fā)展趨勢。根據(jù)當(dāng)?shù)靥柸照諚l件、電源設(shè)施及用電負(fù)載的特性，選擇利用太陽能資源建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，既節(jié)能環(huán)保，又能避免采用市電鋪設(shè)電纜的巨大投資(遠(yuǎn)離市電電源的用電負(fù)載)，是具有先進(jìn)性的電源建設(shè)方案。

2)完整性。太陽能分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)包括：太陽能電池組件、蓄電池、控制器、逆變器等部件，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)可以獨(dú)立對外界提供電源，與其它用電負(fù)載和市電電源配套，形成一個完整的離網(wǎng)和并網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)具有完善的控制系統(tǒng)、貯能系統(tǒng)、功率變換形態(tài)、防雷接地系統(tǒng)等構(gòu)成一個統(tǒng)一的整體，具有完整性。

3)可擴(kuò)展性。隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的功能也會越來越強(qiáng)大。這就要求分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)能適應(yīng)系統(tǒng)的擴(kuò)充和升級，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池組件應(yīng)為并聯(lián)模塊結(jié)構(gòu)組成，在系統(tǒng)需擴(kuò)充時可以直接并聯(lián)加裝電池板模塊，控制器或逆變器也應(yīng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)需要升級時，可直接對系統(tǒng)進(jìn)行模塊擴(kuò)展，而原來的設(shè)備器件等都可以保留，以使分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性。

4)智能化程度。所設(shè)計的太陽能分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，在使用過程中應(yīng)不需要任何人工的操作，控制器可以根據(jù)太陽能電池組件和蓄電池的容量情況控制負(fù)載端的輸出，所有功能都由微處理器自動控制，還應(yīng)能實時檢測太陽能分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作狀態(tài)，定時或?qū)崟r采集分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要部件的狀態(tài)數(shù)據(jù)并上傳至控制中心，通過計算機(jī)分析，實時掌握設(shè)備工作狀況，對于工作狀態(tài)異常的設(shè)備，發(fā)出故障報警信息，以使維護(hù)人員可提前排除故障，保證供電的可靠性。

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計必須要求具有高可靠性，保證在較惡劣條件下的正常使用，同時要求系統(tǒng)的易操作和易維護(hù)性，便于用戶的操作和日常維護(hù)。整套分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)得設(shè)計、制造和施工要具有低的成本，設(shè)備的選型要標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，以提高備件的通用互換性，要求系統(tǒng)預(yù)留擴(kuò)展接口便于以后規(guī)模容量的擴(kuò)大。

3.影響太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)計的因素

設(shè)計一個完善的太陽能分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)需要考慮很多因素，進(jìn)行各種設(shè)計，如電氣性能設(shè)計、防雷接地設(shè)計、靜電屏蔽設(shè)計、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計等，對地面應(yīng)用的獨(dú)立分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)來說，最主要的是根據(jù)使用要求，決定太陽能電池方陣和蓄電池的容量，以滿足正常工作的需求。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)總的設(shè)計原則是在保證滿足負(fù)載用電需要的前提下，確定最少的太陽能電池組件和蓄電池容量，以盡量減少投資，即同時考慮可靠性及經(jīng)濟(jì)性。

獨(dú)立的太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計思路是，先根據(jù)用電負(fù)載的用電量，確定太陽能電池組件的功率，然后計算蓄電池的容量，但對于并網(wǎng)的太陽能分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)又有其特殊性，需要確保分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，所以在設(shè)計時需要注意以下事項：

1)太陽照在地面太陽能電池方陣上的輻射光的光譜、光強(qiáng)受到大氣層厚度(即大氣質(zhì)量)、地理位置、所在地的氣候和氣象、地形地物等的影響，其能量在一日、一月和一年內(nèi)都有很大的變化，甚至各年之間的每年總輻射量也有較大的差別。太陽能分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在哪個地區(qū)使用，該地日光輻射情況，太陽能電池使用地的經(jīng)度與緯度。了解并掌握使用地的氣象資源，比如月(年)平均太陽能輻照情況、平均氣溫、風(fēng)雨等資料，根據(jù)這些條件可以確定當(dāng)?shù)氐奶柲軜?biāo)準(zhǔn)峰值時數(shù)(h)和太陽能電池組件的傾斜角與方位角。

2)由于用途不同，耗電功率、用電時間、對電源可靠性的要求等各不相同。有的用電設(shè)備有固定的耗電規(guī)律，有些負(fù)載用電則沒有規(guī)律。而太陽能光伏系統(tǒng)輸出功率(W)的大小直接影響著整個系統(tǒng)的參數(shù)。太陽能電池方陣的光電轉(zhuǎn)換效率，受到太陽能電池本身的溫度、太陽光強(qiáng)和蓄電池浮充電壓的影響，而這三者在一天內(nèi)都會發(fā)生變化，所以太陽能電池方陣的光電轉(zhuǎn)換效率也是變量，因而太陽能電池方陣的輸出功率也隨著這些因素的改變而出現(xiàn)一些波動。

3)太陽能光伏系統(tǒng)工作的時間(h)，是決定太陽能光伏系統(tǒng)中太陽能電池組件大小的核心參數(shù)，通過確定工作時間，可以初步計算負(fù)載每天的功耗和與之相應(yīng)的太陽能電池組件的充電電流。

4)太陽能光伏系統(tǒng)使用地的連續(xù)陰雨天數(shù)(d)的參數(shù)，決定了蓄電池容量的大小及陰雨天過后恢復(fù)蓄電池容量所需要的太陽能電池組件功率。確定兩個連續(xù)陰雨天之間的間隔天數(shù)D，是決定系統(tǒng)在一個連續(xù)陰雨天過后充滿蓄電池所需要的電池組件功率。

5)蓄電池組是工作在浮充電狀態(tài)下，其電壓隨太陽能電池方陣發(fā)電量和負(fù)載用電量的變化而變化。蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響。

6)太陽能電池充放電控制器、逆變器由電子元器件組成成，它本身運(yùn)行時具有能耗影響其工作的效率，控制器、逆變器選用元器件的性能、質(zhì)量等也關(guān)系到耗能的大小，從而影響到分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率。

這些因素相當(dāng)復(fù)雜，原則上需要對每個發(fā)電系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行計算，對一些無法確定數(shù)量的影響因素，只能采用一些系數(shù)來進(jìn)行估量。由于考慮的因素及其復(fù)雜程度不同，采取的方法也不一樣。

設(shè)計太陽能分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的任務(wù)，是在太陽能電池方陣所處的環(huán)境條件下(即現(xiàn)場的地理位置、太陽輻射能、氣候、氣象、地形和地物等)，選擇的太陽能電池方陣、蓄電池、控制器、逆變器構(gòu)成的電源系統(tǒng)既要具有高的經(jīng)濟(jì)效益，又要保證系統(tǒng)的高可靠性。

地球上各地區(qū)受太陽光照射及輻射的變化周期為一天24h，處在某一地區(qū)的太陽能電池方陣的發(fā)電量也在24h內(nèi)周期性的變化，其規(guī)律與太陽照在該地區(qū)輻射的變化規(guī)律相同。但是天氣的變化將影響太陽能電池方陣的發(fā)電量。如果有幾天連續(xù)陰雨天，太陽能電池方陣就幾乎不能發(fā)電，只能靠蓄電池來供電，而蓄電池深度放電后又需盡快地將其補(bǔ)充。設(shè)計中應(yīng)以氣象臺提供的太陽每天總的輻射能量或每年的日照時數(shù)的平均值作為設(shè)計的主要數(shù)據(jù)。由于一個地區(qū)各年的數(shù)據(jù)不相同，為了可靠性應(yīng)取近十年內(nèi)的最小數(shù)據(jù)。根據(jù)負(fù)載的耗電情況，在日照和無日照時，因均需由蓄電池供電，所以氣象臺提供的太陽能總輻射量或總?cè)照諘r數(shù)對決定蓄電池的容量大小是不可缺少的數(shù)據(jù)。

對太陽能電池方陣而言，負(fù)載應(yīng)包括系統(tǒng)中所有耗電裝置(除用電器外還有蓄電池及線路、控制器、逆變器等)的耗用量。太陽能電池方陣的輸出功率與組件串并聯(lián)的數(shù)量有關(guān)，串聯(lián)是為了獲得所需要的工作電壓，并聯(lián)是為了獲得所需要的工作電流，根據(jù)負(fù)載所消耗的電量，對適當(dāng)數(shù)量的太陽能電池組件，經(jīng)過串并聯(lián)即組成所需要的太陽能電池方陣的輸出功率。

原標(biāo)題：【獨(dú)家】分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計原則及影響設(shè)計的因素